本发明涉及气体富集领域，特别是涉及一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统及方法。
背景技术：
挥发性有机物普遍存在于大气中，是生成对流层大气臭氧和二次有机气溶胶的关键前体物，可导致大气光化学烟雾产生，对动植物产生健康损害；也可直接进入人体产生危害。目前的大气挥发性有机物采样方法主要是用吸附剂离线采样，再用热脱附仪进行脱附进样。但吸附剂采样一直存在对组分的吸附和脱附效率问题，时间效率低，并且这种方法只能进行离线采样与进样，无法满足现场在线检测需求和大气化学变化过程研究需要。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种能够满足现场在线检测需求的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统及方法。
一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统，包括双通道气体捕集系统、采集系统、双级深冷浓缩系统、在线样品分析系统、超快速加热电路系统、保温注样气路系统以及反向吹扫气路系统；所述双级深冷浓缩系统具有深冷腔体；
所述采集系统具有依次连通的多位切换多通阀、质量流量控制计、采样泵以及气体排出口管路；
所述双通道气体捕集系统包括两位三通电磁阀、多位切换进样阀、三个进样气体入口管路以及两个气体捕集通道；三个所述进样气体入口管路分别与所述多位切换进样阀连接以分别用于通入大气样品、外标样品以及内标样品；每个所述气体捕集通道均具有依次顺序连接的第一级捕集管、第二级捕集管，两个气体捕集通道的所述第二级捕集管并联连通于所述多位切换多通阀；两个所述第一级捕集管分别连接有一个所述两位三通电磁阀，该两个两位三通电磁阀分别连接有气体排出口管路，该两个两位三通电磁阀共同通过另一个所述两位三通电磁阀与所述多位切换进样阀连接以实现两个所述气体捕集通道的切换；所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管位于所述深冷腔体内；
所述保温注样气路系统具有样品注射进样管路，所述样品注射进样管路连通于所述多位切换多通阀，所述样品注射进样管路与所述在线样品分析系统连通；所述多位切换多通阀能够实现第一个所述第二级捕集管与所述质量流量控制计连通且第二个所述第二级捕集管与所述样品注射进样管路连通，或者第二个所述第二级捕集管与所述质量流量控制计连通且第一个所述第二级捕集管与所述样品注射进样管路连通；
所述超快速加热电路系统具有金属加热套管、第一温度传感器以及温度可调控电路，所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管的外部均套设有所述金属加热套管，各个所述金属加热套管内均设有第一温度传感器，所述温度可调控电路连接于所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管以用于对所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管进行温度控制；
所述反向吹扫气路系统包括吹扫气体入口管路，所述吹扫气体入口管路能够分别与两个第二级捕集管反向连接。
在其中一个实施例中，所述保温注样气路系统还具有金属加热管以及第二温度传感器，所述金属加热管套设在所述样品注射进样管路的外部，所述第二温度传感器设在所述金属加热管内。
在其中一个实施例中，所述保温注样气路系统还具有保温层，所述保温层包裹在所述金属加热管的外侧。
在其中一个实施例中，所述样品注射进样管路朝向所述第二级捕集管的一端连接有一个两位三通电磁阀，所述样品注射进样管路通过该两位三通电磁阀与相应的所述第二级捕集管连接。
在其中一个实施例中，所述第一级捕集管内以及第二级捕集管内均具有固定相填料。
在其中一个实施例中，所述双级深冷浓缩系统还具有无死体积密封接头，所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管均通过所述无死体积密封接头相应的所述两位三通电磁阀连接。
在其中一个实施例中，所述双级深冷浓缩系统还具有保温棉层，所述保温棉层设在深冷腔体的内壁上，所述保温棉层的厚度为60mm。
在其中一个实施例中，所述反向吹扫气路系统还包括两位三通电磁阀，该两位三通电磁阀的入口与所述吹扫气体入口管路连接，该两位三通电磁阀的两个出口分别与两个第二级捕集管反向连接。
一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样方法，包括如下步骤：
气体样品捕集过程：选择双通道气体捕集系统的其中一个气体捕集通道进行气体样品捕集，该气体捕集通道间隔捕集且该气体捕集通道一次总捕集周期等于另一个气体捕集通道的一次分析周期，该气体捕集通道的气体捕集过程中的第一级捕集管以及第二级捕集管均处于零下160℃，气体样品通过进样气体入口管路以及多位切换进样阀进入所述第一级捕集管内，所述第一级捕集管实现对所述气体样品中的挥发性有机物的第一次冷冻富集；
二次聚焦过程：完成所述气体样品在第一级捕集管中的冷冻富集后，该气体捕集通道的所述第一级捕集管温度以50℃每秒的速度升高至零下15℃，同时该气体捕集通道的所述第二级捕集管温度保持在零下160℃，将挥发性有机物完全气化并进入所述第二级捕集管中，所述气体样品的水份仍留在第一级捕集管中，实现对挥发性有机物的二次冷凝聚焦；
解析进样过程：该气体捕集通道的第二级捕集管温度以100℃每秒的速度快速升高至150℃或150℃以上的温度，将所述第二级捕集管内的挥发性有机物的超快速气化，并通过保温注样气路系统进入在线样品分析系统中进行在线分析；
反向吹扫过程：将反向吹扫气路系统的吹扫气体入口管路与该气体捕集通道的所述第二级捕集管连接，通过所述吹扫气体入口管路对该第二级捕集管以及所述第一级捕集管内通入吹扫气体，所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管均加热到200℃以上，通过吹扫气体将所述第一级捕集管以及所述第二级捕集管中的残留物通过气体排出口管路吹扫出去；
降温待机过程：关闭吹扫气体入口管路，该气体捕集通道的所述第一级捕集管、所述第二级捕集管降温至零下160℃，以供下一个周期捕集样品时待用；
切换通道采样过程：在上述气体捕集通道完成一个周期的气体样品捕集并开始二次聚焦过程时，另一个气体捕集通道开始进行下一个周期的气体样品捕集过程，以此类推，直至气体样品捕集结束。
在其中一个实施例中，所述吹扫气体为氮气、干燥空气或氦气。
上述的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统，采用了双通道气体捕集系统、双级深冷浓缩系统，在其中一个气体捕集通道进行气体样品捕集过程、二次聚焦过程、解析进样过程、反向吹扫过程、降温待机过程后，并进行下一个周期的二次聚焦过程时，另一个气体捕集通道可以同时进行气体样品捕集过程，以此类推,双通道气体捕集系统确保对挥发性有机物进行充分捕集，提高了大气挥发性有机物的捕集效率。上述的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统可以与挥发性有机物检测仪器联用，对实现环境空气中痕量挥发性有机物的实时、在线检测具有重要的意义，该系统能有效对大气挥发性有机物进行吸附和富集，高效快速无污染无歧视，并且可以在线进样与在线检测仪器联用，实现对大气挥发性有机物的原位在线分析。
附图说明
图1为一实施例大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统的气体捕集过程原理示意图；
图2为图1所示大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统的二次聚焦过程原理示意图；
图3为图1所示大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统的解析进样过程原理示意图；
图4为图1所示大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统的分析反吹过程原理示意图；
图5为图1所示大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统的降温待机过程原理示意图。
附图标记说明
10、大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统；100、双通道气体捕集系统；110、两位三通电磁阀；120、多位切换进样阀；131、132、133、进样气体入口管路；140、气体捕集通道；141、第一级捕集管；142、第二级捕集管；200、采集系统；210、质量流量控制计；220、采样泵；230、气体排出口管路；300、深冷腔体；400、在线样品分析系统；500、超快速加热电路系统；510、金属加热套管；520、第一温度传感器；600、保温注样气路系统；610、样品注射进样管路；620、金属加热管；630、第二温度传感器；700、吹扫气体入口管路。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1所示，本实施例涉及了一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统10。该大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统10包括双通道气体捕集系统100、采集系统200、双级深冷浓缩系统、在线样品分析系统400、超快速加热电路系统500、保温注样气路系统600以及反向吹扫气路系统。
参见图1所示，所述采集系统200具有依次连通的多位切换多通阀、质量流量控制计210、采样泵220以及气体排出口管路230。
参见图1所示，所述双通道气体捕集系统100包括两位三通电磁阀110、多位切换进样阀120、三个进样气体入口管路131、132、133以及两个气体捕集通道140。三个所述进样气体入口管路131、132、133分别与所述多位切换进样阀120连接以分别用于通入大气样品、外标样品以及内标样品，大气样品用于通入大气挥发性有机物，外标样品、内标样品如通入标准样品以用于指定标准曲线。所述气体捕集通道140具有依次顺序连接的第一级捕集管141、第二级捕集管142。两个所述第二级捕集管142并联连通于所述多位切换多通阀。第一级捕集管141、第二级捕集管142均采用特殊的金属管壁材质制成，尺寸可调，确保对挥发性有机物进行充分捕集。所述第一级捕集管内以及第二级捕集管内均具有固定相填料。
参见图1及图2所示，两个所述第一级捕集管141分别连接有一个所述两位三通电磁阀110，该两个两位三通电磁阀110分别连接有气体排出口管路230，该两个两位三通电磁阀110共同通过另一个所述两位三通电磁阀110与所述多位切换进样阀120连接以实现两个所述气体捕集通道140的切换。
参见图1及图2所示，所述双级深冷浓缩系统具有深冷腔体300。所述双级深冷浓缩系统还具有无死体积密封接头。所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142位于所述深冷腔体300内。所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142均通过所述无死体积密封接头相应的所述两位三通电磁阀110连接。所述双级深冷浓缩系统还具有保温棉层(附图中未示出)。所述保温棉层设在深冷腔体300的内壁上，所述保温棉层的厚度为60mm。
参见图1-图3所示，所述保温注样气路系统600具有样品注射进样管路610。所述样品注射进样管路610连通与所述多位切换多通阀，所述样品注射进样管路610与所述在线样品分析系统400连通。所述多位切换多通阀能够实现第一个所述第二级捕集管与所述质量流量控制计210连通且第二个所述第二级捕集管与所述样品注射进样管路610连通，或者第二个所述第二级捕集管与所述质量流量控制计210连通且第一个所述第二级捕集管与所述样品注射进样管路610连通。
参见图1-图3所示，进一步地，所述样品注射进样管路610朝向所述第二级捕集管142的一端连接有一个两位三通电磁阀110，所述样品注射进样管路610通过该两位三通电磁阀110与相应的所述第二级捕集管142连接。
参见图1-图3所示，进一步地，所述保温注样气路系统600还具有金属加热管620以及第二温度传感器630。所述金属加热管620套设在所述样品注射进样管路610的外部，所述第二温度传感器630设在所述金属加热管620内。
进一步地，所述保温注样气路系统600还具有保温层，所述保温层包裹在所述金属加热管620的外侧。
参见图1-图3所示，所述超快速加热电路系统500具有金属加热套管510、第一温度传感器520以及温度可调控电路。所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142的外部均套设有所述金属加热套管510。各个所述金属加热套管510内均设有第一温度传感器520。所述温度可调控电路连接于所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142以用于对所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142进行温度控制。
参见图1-图3所示，所述反向吹扫气路系统包括吹扫气体入口管路700。所述吹扫气体入口管路700能够分别与两个第二级捕集管142反向连接。进一步地，所述反向吹扫气路系统还包括两位三通电磁阀110，该两位三通电磁阀110的入口与所述吹扫气体入口管路700连接，该两位三通电磁阀110的两个出口分别与两个第二级捕集管142反向连接。所述吹扫气体入口管路700中通入氮气、干燥空气或氦气。具体的，在本实施例中，吹扫气为氮气。
本实施例涉及的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统10，在使用时，涉及了一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样方法。
参见图1-图5所示，一种大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样方法，包括如下步骤：
参见图1所示，气体样品捕集过程：选择双通道气体捕集系统100的其中一个气体捕集通道140进行气体样品捕集，该气体捕集通道140间隔捕集且该气体捕集通道140一次总捕集周期等于另一个气体捕集通道140的一次分析周期，该气体捕集通道140的气体捕集过程中的第一级捕集管141以及第二级捕集管142均处于零下160℃，气体样品通过进样气体入口管路131、132、133以及多位切换进样阀120进入所述第一级捕集管141内，所述第一级捕集管141实现对所述气体样品中的挥发性有机物的第一次冷冻富集。
参见图2所示，二次聚焦过程：完成所述气体样品在第一级捕集管141中的冷冻富集后，该气体捕集通道140的所述第一级捕集管141温度以50℃每秒的速度升高至零下15℃，同时该气体捕集通道140的所述第二级捕集管142温度保持在零下160℃，将挥发性有机物完全气化并进入所述第二级捕集管142中，所述气体样品的水份仍留在第一级捕集管141中，实现对挥发性有机物的二次冷凝聚焦。
参见图3所示，解析进样过程：该气体捕集通道140的第二级捕集管142温度以100℃每秒的速度快速升高至150℃或150℃以上的温度，将所述第二级捕集管142内的挥发性有机物的超快速气化，并通过保温注样气路系统600进入在线样品分析系统400中进行在线分析。在线样品分析系统400控制系统的工作流程参数与数据结果输出。
参见图4所示，反向吹扫过程：将反向吹扫气路系统的吹扫气体入口管路700与该气体捕集通道140的所述第二级捕集管142连接，通过所述吹扫气体入口管路700对该第二级捕集管142以及所述第一级捕集管141内通入吹扫气体，所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142均加热到200℃以上，通过吹扫气体将所述第一级捕集管141以及所述第二级捕集管142中的残留物通过的气体排出口管路230吹扫出去。
参见图5所示，降温待机过程：关闭吹扫气体入口管路700，该气体捕集通道140的所述第一级捕集管141、所述第二级捕集管142降温至零下160℃，以供下一个周期捕集样品时待用。
切换通道采样过程：在上述气体捕集通道140完成一个周期的气体样品捕集并开始二次聚焦过程时，另一个气体捕集通道140开始进行下一个周期的气体样品捕集过程，以此类推，直至气体样品捕集结束。
上述的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统10，采用了双通道气体捕集系统100、双级深冷浓缩系统，在其中一个气体捕集通道140进行气体样品捕集过程、二次聚焦过程、解析进样过程、反向吹扫过程、降温待机过程后，并进行下一个周期的二次聚焦过程时，另一个气体捕集通道140可以同时进行气体样品捕集过程，以此类推,双通道气体捕集系统100确保对挥发性有机物进行充分捕集，提高了大气挥发性有机物的捕集效率。上述的大气挥发性有机物双级深冷在线富集浓缩采样系统10可以与挥发性有机物检测仪器联用，对实现环境空气中痕量挥发性有机物的实时、在线检测具有重要的意义，该系统能有效对大气挥发性有机物进行吸附和富集，高效快速无污染无歧视，并且可以在线进样与在线检测仪器联用，实现对大气挥发性有机物的原位在线分析。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。